CH415705A - Wärmetauscher - Google Patents

Description

      Wärmetauscher       Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetau  scher mit mindestens einem an seinem Aussenmantel  aussen von einem innerhalb eines Aussenbehälters  befindlichen flüssigen Medium und innen von einem  gasförmigen Medium bespülten,     rohrförmigen        Wär-          metauscherelement,    dessen Aussenmantel :durch an  ihren Längskanten metallisch dicht verbundene Man  telstreifen gebildet ist, die mit von diesen radial ab  stehenden, längslaufenden Innenrippen im Quer  schnitt je ein     einstückiges    Profil bilden, wobei der  von diesen Innenrippen umgebene axiale Hohlraum  mindestens an seinem einen Stirnende durch eine  Kappe abgeschlossen ist.  



  Bei den bekannten Ausführungen der Wärmetau  scher dieser Art befinden sich die inneren freien  Enden der Rippen des     Wärmetauscherelementes    in  Abstand voneinander und lassen um die Mittelachse  des Mantelrohres herum einen zylindrischen Raum  frei.  



  Es hat sich nun aber gezeigt, dass besonders  dann, wenn die Anzahl der notwendigen Rippen     eine     dicht     benachbarte    Anordnung der Rippen mit sich  bringt, der rippenlose freie     innere    zylindrische Hohl  raum für den Wärmeübergang zwischen dem gasför  migen Medium und dem     flüssigen    Medium ungünstig  ist.  



  Der Strömungswiderstand in ,den engen Zwi  schenräumen zwischen den Rippen ist nämlich so viel  grösser als der Strömungswiderstand in dem rippen  freien zentralen zylindrischen Raum, dass ein grosser  Teil der am     Stirnende    des Rohrmantels ankommen  den Gasströmung in ,diesen zentralen Raum abge  drängt wird. Die Wärmeabgabe zur Aussenseite des  rohrförmigen Mantels vollzieht sich aber praktisch  nur von dem Teil der Gasströmung aus, der zwischen  den Rippen verläuft, d. h. entlang den Seitenflächen    der Rippen und der Innenwandung des Rohrmantels;  hingegen     nimmt    der in dem zentralen Hohlraum strö  mende Teil des Gases an dem Wärmeaustausch prak  tisch nicht teil, so dass der Wärmetauscher schlecht  ausgenützt ist.  



  Die vorliegende Erfindung behebt diesen übel  stand dadurch, dass die Innenrippen an     ihren    inneren  Enden durch wenigstens annäherndes gegenseitiges  Berühren ihrer freien     Längsränder    einen den Hohl  raum umschliessenden, mindestens     angenähert    abge  schlossenen Innenmantel ,des     Wärmetauscherelemen-          tes    bilden.  



  Der erfindungsgemässe Wärmetauscher ist auf  allen Gebieten des Wärmeaustausches anwendbar,  gleichviel ob der Wärmeaustausch vom     inneren    gas  förmigen Medium an das äussere flüssige Medium  verläuft oder umgekehrt. Er kann ein oder mehrere       Wärmeaustauscherelemente    enthalten.  



  Von besonderem Interesse ist die Verwendung  des     erfindungsgemässen    Wärmetauschers für     Behei-          zungszwecke,    wobei das gasförmige Medium aus den  Heizgasen eines Gas- oder Ölbrenners bestehen  kann. In diesem Falle bildet das mit Innenrippen  versehene rohrförmige     Wärmetauscherelement    die  Verlängerung eines rippenlosen Rohrteils, der zur  Zuleitung des gasförmigen Mediums dient und dem  an der Eintrittsöffnung ein Gas- oder Ölbrenner vor  geschaltet ist, dessen Flammen in diesen Rohrteil  hineingerichtet sind.

   Bei dieser Ausführungsform  wird das mit den Innenrippen versehene Element und  auch der rippenlose     Rohrteil    in ein äusseres Rohr  grösseren Durchmessers eingebracht, das zwischen  sich und dem Innenrohr einen Raum zur Aufnahme  des     flüssigen,    zu erhitzenden Mediums     bildet.    Insge  samt ergibt sich auf diese Weise ein einfacher       Flammrohrkessel,    der als Heizkessel für Warmwas-           ser-    oder     Dampfbeheizung    von Wohnräumen oder  ganzen     Häusern    dienen kann.  



  Ein anderes Anwendungsgebiet für den erfin  dungsgemässen Wärmetauscher ist seine Ausgestal  tung als Kühler, z. B. als Kühler für ein Kraftfahr  zeug. Auch in diesem Falle wird das innen     mit    Rip  pen versehene     rohrförmige        Wärmetauscherelement    in  ein Aussenrohr     grösseren    Durchmessers eingebaut.  Der zwischen den beiden Rohren     gebildete    Raum  nimmt     in    diesem Falle die zu kühlende Flüssigkeit,  z. B. das Kühlwasser des     Kühlwasserumlaufs    eines  Motors, auf, während das mit Rippen versehene In  nenrohr von der Kühlluft durchströmt wird.

   Die da  bei erwärmte Luft kann dann sehr     einfach    zu     Behei-          zungszwecken,    z. B. zur     Beheizung    des Kraftfahrzeu  ges, verwendet werden.  



  Die Ausbildung der Längsränder der inneren  Enden der Rippen des     Wärmetauscherelementes,    so  dass die Rippen sich mindestens, nahezu berühren,  kann auf zwei Wegen erreicht werden: Verwendet  man glatte Bleche. als     Rippen,    so können diese so  zahlreich und/oder mit solcher radialen Höhe ange  bracht werden, dass ihre inneren Enden sich     berüh-          ren.    Diese     Ausführung    wäre unzweckmässig im Falle  eines Rohres von grossem Durchmesser und bei     ver-          hältnismässig        geringer    Rippenzahl;

   denn dann wür  den sich zu hohe Rippen ergeben, und die zur Mitte  des Rohres zu gelegenen Rippenteile würden nur  noch wenig zum Wärmeübergang beitragen. Für die  sen     Fall    werden zweckmässig     .die        inneren    Enden der  Rippen durch     Profilierung    verbreitert, wobei dann  die freien Längsränder der verbreiterten Profile  einander     berühren.     



  Bei allen     Ausführungformen    des     erfindungsge-          mässen        Wärmetauschers    kommt es nicht darauf an,  dass die sich mindestens nahezu berührenden freien  Längsränder der Rippen     einen    gasdichten Abschluss  des axialen Hohlraumes herstellen; es genügt viel  mehr,     dass        der    durch     die        mindestens    an     einem        Stirn-          ende    des Hohlraumes vorgesehene Kappe nach des  sen Aussenseite hin abgelenkte Gasstrom im wesent  lichen gehindert ist, den axialen Hohlraum zu durch  strömen.

    



  Nachstehend werden anhand der Zeichnung be  vorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegen  standes beispielsweise und schematisch dargestellt,  und zwar zeigt:       Fig.    1 ein     Längsschnitt        einer    Ausführungsform  des     Wärmetauscherelements    an und für sich, zur Er  klärung des     Wesens    der Erfindung;       Fig.    2 einen Querschnitt nach der Linie     A-A    der       Fig.    1;

         Fig.3    im     Längsschnitt    drei     Ausführungsformen     des Wärmetauschers, die sich durch die drei ver  schiedenen Ausbildungen der Innenrippen gemäss  den Querschnitten<B>A -A</B> der       Fig.4-6        voneinander    unterscheiden und als       Flammrohrkessel    dienen sollen;       Fig.    7 im Längsschnitt drei weitere Ausführungs  formen des Wärmetauschers, die sich durch die drei    verschiedenen Ausbildungen der Innenrippen     gemäss     den     Querschnitten    B -B der       Fig.    8-10     unterscheiden    und als Kühler dienen  sollen.

    



  In     Fig.    1 und 2 ist das     Wärmetauscherelement    in       seiner    einfachsten Form gezeigt, in der es     einzeln    für  sich oder in     beliebiger    Anzahl in einem mit dem flüssi  gen Medium gefüllten (hier nicht gezeichneten) Aus  senbehälter .des Wärmetauschers so eingebaut werden  kann, dass     die.    Zufuhr des gasförmigen Mediums in  den Innenraum dieses     Wärmetauscherelements    in  üblicher Weise getrennt von dem Flüssigkeitsraum  vor sich geht.

   Das gasförmige Medium kann dabei  das     heissere    Medium sein und die äussere Flüssigkeit  beheizen, oder es kann     umgekeht    das kühlere  Medium     sein    und zur Abkühlung des äusseren flüssi  gen     Mediums    dienen.  



  Das     Wärmetaus.cherelement    nach     Fig.    1 und 2 ist  als Ganzes mit 1 bezeichnet und besteht aus     einem     Rohr, das durch     Längsschweissnähte    4 aus Mantel  streifen 3a zusammengesetzt ist. Jeder .der Mantel  streifen 3a bildet mit je einem radialen Steg 2 und je  einem     tangential    abgewinkelten Flansch 5a ein ein  stückiges     U-Profil,    wobei der Steg 2 und der Flansch  5a eine Rippe bilden.     ;Die        Profilflansche,    5a benach  barter Rippen berühren sich beinahe mit ihren freien  Längsrändern und bilden .einen nahezu geschlossenen  Mantel um den Hohlraum 6 herum. Der.

   Hohlraum 6  ist am einen Ende mit einer Blechkappe 7 und am  anderen Ende mit einer Blechkappe 8 verschlossen;  die Kappen sind an die Mantelstreifen 5a     ange-          schweisst    und ragen in     Stromlinienform    vor diese  vor.  



  Bei den     Ausführungsformen    nach     Fig.    3 und 4 bis  6 ist der Wärmetauscher als     Flammrohrkessel    ausge  bildet. Bei der     Ausführungsform    nach     Fig.    3 und 4 ist  das Element nach     Fig.    1 und 2 als Teil des Innenroh  res innerhalb eines Aussenrohres 15 verwendet,  wobei für diesen mit Rippen versehenen inneren       Rohrteil    1 die gleichen Bezugszeichen wie nach     Fig.    1  gelten.  



  Bei dieser.     Ausführungsform    geht     ferner    der mit  Rippen versehene Rohrteil 1 in einen in Strömungs  richtung vor     ihm    liegenden, nicht mit Rippen     verse-          henen    Rohrteil 10 über, an dessen     Eintrittsöffnung     ein Öl- oder Gasbrenner 11 angebracht ist, dessen  Flammen 12 in den Innenraum des Rohrteiles 10  hinein gerichtet sind.

   Die in     Pfeilrichtung    9 strömen  den Heizgase werden von der Kappe 7 abgelenkt, so  dass sie sämtlich die zwischen den Profilen gebildeten  Räume 13,     Fig.    4, durchströmen müssen, wonach sie  das Rohr 1 durch den     Kaminans.chlussstutzen    14 in  den     Schornstein    verlassen.  



  Die Rohrteile 1 und 10 werden von dem Aussen  rohr 15 umgeben, das an seinen Enden mit dem  Rohrteil 10 bzw. dem Rohrteil 1 verbunden ist und  einen Raum 16 zur Aufnahme von Wasser bildet.  Das Wasser wird durch den Rohrstutzen 17     zugeführt     und durch den Rohrstutzen 18     abgeführt.    Wie er  sichtlich, wird die Wärme der Heizgase auf dieses      Wasser längs der     Wandung    der Rohrteile 1 und 10  übertragen, und zwar zum grössten Teil ausgehend  von den Rippen 2 des Rohrteiles 1 des dargestellten  Wärmetauschers. Der Querschnitt nach     Fig.4    liegt  gemäss der Linie<B><I>A -A</I></B> der     Fig.    3.  



  Die Querschnitte nach     Fig.    5 und 6, gleichfalls  gemäss der Linie<B><I>A -A</I></B> der     Fig.    3, stellen zwei wei  tere Ausführungsformen dar, die wahlweise anwend  bar sind.  



  Wie gemäss     Fig.    2 oder 4     bilden    die Rippen 2, 5a  bzw. 2, 5b bzw. 2, 5c dieser weiteren Ausführungs  formen ein Profilstück mit jeweils einem Mantelstrei  fen 3 des Rohres 1. Mantelstreifen sind durch  Schweissnähte 4 miteinander verbunden, die in  Längsrichtung des Rohres 1 verlaufen. An ihren in  neren Enden sind die Profilstücke zu     querstehenden     Profilflanschen 5a bzw. 5b bzw. 5c ausgebildet. Die  freien Längsränder dieser Profilflansche berühren  sich ganz oder nahezu und bilden um die Rohrachse  herum einen gegen Gaszutritt ganz oder nahezu ge  schlossenen axialen inneren Hohlraum 6.  



  Bei der Ausführungsform nach dem Querschnitt  der     Fig.    5     sind    die Rippen je durch den Steg 2 und  den     Innenflansch    5b     eines        Doppel-T-Profils        (I-Profils)     gebildet, und zwar ist der Aussenflansch 3b dieses  Profils jeweils ein Mantelstreifen des Rohres 1.  Der innere Flansch 5b des Profils liegt mit seinen  Längsrändern an die Längsränder der benachbarten  Flansche 5b ganz oder nahezu an.  



  Bei der Ausführungsform nach dem Querschnitt  der     Fig.    6 bilden die Stege 2 mit den Mantelstreifen  3c und den inneren Flanschen 5c     ein    von einem       Doppel-T-Profil    abgewandeltes Profil, derart, dass  zwischen den einzelnen Profilen je ein im Querschnitt  kreisförmiger Hohlraum 13 gebildet wird. Dieser hat  gegenüber dem im- Querschnitt rechteckigen Hohl  raum 13 nach dem Beispiel der     Fig.2    und 4 den  Vorzug, sich leichter reinigen zu lassen. Auch hier ist  jede Rippe von einem Steg 2 und     einem    Innenflansch  5c gebildet.  



  Die Ausführungsformen nach     Fig.    7 und 8 bis 10  zeigen die Ausbildung des     Wärmetauschers    als Küh  ler, und zwar beispielsweise für die Kühlung des       Kühlwasserumlaufs    eines Kraftfahrzeuges, wobei die  Kühlluft zur     Wagenbeheizung    verwendet werden  kann.  



  Das den Hauptteil des     eingebauten    Wärmetau  scherelements bildende Innenrohr la ist bei diesen  Ausführungsformen mit aus glatten Blechen     beste-          henden        Innenrippen    2a     versehen,    die     an    den     inneren     Enden nicht mit Flanschen versehen bzw. nicht abge  winkelt sind. Das Innenrohr la ist von einem Aus  senrohr 15a grösseren Durchmessers umgeben, das  einen Wasserraum 16a bildet. Das zu kühlende Was  ser strömt .durch .einen Stutzen     17a    zu und wird durch  einen Stutzen 18a abgeführt.  



  Die Rippen 2a sind in den drei Ausführungsfor  men in solcher Anzahl und mit solcher Länge vorge  sehen, dass sie sich an ihren inneren freien Enden  gegenseitig berühren und einen praktisch geschlosse-         nen    Mantel um den axialen Hohlraum 6     herum    bil  den. Am Vorderende ist dieser Hohlraum wiederum  durch eine Kappe 7a und am hinteren Ende durch  eine Kappe 8a verschlossen, von denen die erste sich  entgegen der Strömungsrichtung 9a und die zweite  sich     in    Strömungsrichtung stromlinienförmig verjüngt       (Fig.    7). Die     Kappen        sind        als        Vollkörper,    z.

   B. aus  Metall, dargestellt, können aber auch einfache Blech  kappen sein.  



  Die z. B. in Form des Fahrtwindes in Richtung  des Pfeiles 9a in den     Innenraum    des Rohres la ein  tretende und zu erwärmende Luft durchströmt die  Hohlräume     zwischen    den Rippen und gelangt über  einen Anschlussstutzen 19, .der an das Rohr 1a     ange-          setzt    ist, in ein mit diesem Stutzen verbundenes Ge  häuse eines     Ventilators    20, der z. B. von dem Motor,  dessen Kühlwasser den Raum 16a durchströmen  kann, über eine Riemenscheibe 21 und eine     Welle    22  angetrieben wird. Der Ventilator übt eine Saugwir  kung auf die in das Rohr 1a einströmende Luft aus  und befördert diese in ein an sein Gehäuse ange  schlossenes Abgangsrohr 23, das in das Wageninnere  führt.  



  Bei der Ausführungsform nach     Fig.    8 bilden die  Rippen 2a mit den bei 4     miteinander    verschweissten  Mantelstreifen 3d ein     einstückiges    Winkelprofil.  



  Bei der Ausführungsform nach     Fig.    9 ist in einem  Stück mit je einem     Mantelstreifen        3e    und einer zuge  hörigen Rippe 2a je ein     T-Profil    gebildet. Die bei 4  miteinander     verschweissten    Mantelstreifen bilden  wieder einen Rohrmantel la, und die inneren Enden  der benachbarten Rippen 2a berühren sich ganz.  



       Bei    der Ausführungsform nach     Fig.    10 sind von  jedem Mantelstreifen 3     f    je zwei Rippen 2a abgebo  gen. Die Rippen sind paarweise gegeneinander     abge-          kröpft.    Auf diese Weise wird, abweichend von     Fig.    8  und 9, nicht für jede Rippe eine Schweissnaht 4, son  dern nur für jede zweite Rippe eine Schweissnaht 4  benötigt.  



  Die in     Fig.    8 bis 10 gezeigten     Ausführungsformen     der Rippen und Verbindungen der Rippen mit den.  Mantelstreifen können selbstverständlich auch für  eine der     Fig.    3 entsprechende Ausführungsform des       Wärmetauschers,als    Kessel oder für sonstige Wärme  übergangszwecke und .auch für die Ausführung des       Wärmeaustauschelementes    nach     Fig.    1 und 2 ver  wendet werden,

   wobei im letzteren Falle das Aussen  rohr 15 des entsprechenden Wärmetauschers der       Fig.    3 entfällt und stattdessen irgend eine andere     äus-          sere    Umhüllung zur Aufnahme des flüssigen  Mediums vorgesehen ist. Umgekehrt können die     Rip-          penausführungsformen    der     Wärmetauscherelemente     nach     Fig.    4 bis 6 im Bedarfsfall auch für die anhand  des Wärmetauschers von     Fig.    7 dargestellten Kühl  zwecke     verwendet    werden.

   Ferner kann die in     Fig.    1,  2 und 3 als aus feuerfestem Werkstoff bestehend dar  gestellte Kappe 7 selbstverständlich auch aus Blech  oder anderem Werkstoff hergestellt werden, wenn der  Werkstoff die Temperatur des gegen sie anströmen  den Gases aushält.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Wärmetauscher mit mindestens einem an seinem Aussenmantel aussen von einem innerhalb eines Aussenbehälters befindlichen flüssigen Medium und innen von einem gasförmigen Medium bespülten, rohrförmigen Wärmetauscherelement, dessen Aus senmantel durch an ihren Längskanten metallisch dicht verbundene Mantelstreifen gebildet ist, die mit von .diesen radial abstehenden, längslaufenden In nenrippen im Querschnitt je ein einstöckiges Profil bilden,

   wobei der von diesen Innenrippen umgebene axiale Hohlraum mindestens an seinem einen Stirn ende durch eine Kappe abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenrippen an ihren inne ren Enden durch wenigstens annäherndes gegenseiti ges Berühren ihrer freien Längsränder einen den Hohlraum (6) umschliessenden, mindestens ange nähert abgeschlossenen Innenmantel des Wärmetau scherelementes bilden. UNTERANSPRüCHE 1.

   Wärmetauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Innenrippen versehene rohrförmige Wärmetauscherelement (1) die Verlän gerung eines rippenlosen Rohrteiles (10) bildet, der zur Zuleitung des gasförmigen Mediums dient. 2. Wärmetauscher nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, .dass der Ein trittsöffnung des rippenlosen Rohrteiles (10) ein Gas- oder Ölbrenner (11) vorgeschaltet ist, dessen Flam men in diesen Rohrteil hineingerichtet sind. 3.

   Wärmetauscher nach Patentanspruch und Un- teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Aussenrohr (15) grösseren .Durchmessers aufweist, das zwischen sich und dem Innenrohr (1 und 10) einen Raum (16) zur Aufnahme .eines flüssigen, zu erhitzenden Mediums und dadurch mit dem Innen rohr einen Flammrohrkessel bildet. 4.

   Wärmetauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Aussenrohr (15a) grösse- ren Durchmessers aufweist, das zwischen sich und dem Innenrohr (la) einen Raum zur Aufnahme eines flüssigen, zu kühlenden Mediums und mit dem In nenrohr einen Kühler für dieses Medium bildet. 5. Wärmetauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckkappe (7) aus feuer festem Werkstoff besteht. 6.

   Wärmetauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der von den inneren Enden der Rippen des Wärmetauscherelementes gebildete axiale Hohlraum (6) auch an dem bezüglich des gasförmigen Mediums stromabwärts liegenden Ende durch eine Kappe (8) verschlossen ist. 7.

   Wärmetauscher nach Patentanspruch und Un teranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die an den beiden Enden des axialen Hohlraumes (6) des Wärmetauscherelementes angebrachten Abdeckkap- pen (7, 7a) Stromlinienform haben. B.

   Wärmetauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellen, an denen sich die Rippen mindestens nahezu berühren, gleiche radiale Abstände von dem Aussenmantel (1) des rohrförmi- gen Wärmetauscherelementes haben. 9.

   Wärmetauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen an ihren beiden Enden in je einen etwa tangential zur ,radialen Rich- tung verlaufenden Flansch (5a) abgebogen sind, wobei die Flansche mit dem radialen Rippenteil (2) und dem zugehörigen Mantelstreifen (3a) je ein U-för- miges einstöckiges Profil bilden, dessen aussenliegen der Schenkel (3a) den Rohrmantelstreifen und dessen innen liegender Schenkel (5a)

   mit den entsprechen den Schenkeln der anderen Rippen einen mindestens nahezu geschlossenen Mantel um .den axialen Hohl raum des Wärmetaus.cherelementes herum bilden. 10. Wärmetauscher nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Profile mindestens annähernd Doppel-T-Profile sind, deren äussere Flansche (3a, 3b) die Rohrmantelstreifen und dessen innere Flansche (5b, 5c) miteinander einen minde stens nahezu geschlossenen Mantel um den axialen Hohlraum des Wärmetauscherelementes herum bil den. 11.

   Wärmetauscher nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Rippen (2a) mit je einem Mantelstreifen (3d) je ein einstöckiges Winkel profil bilden, wobei die freien inneren Schenkelenden sich mindestens nahezu berühren. 12. Wärmetauscher nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass je zwei benachbarte Rip pen (2a) in einem Stück mit einem dazwischenliegen den Mantelstreifen (3f) verbunden sind und ihre freien inneren Enden sich mindestens nahezu berüh ren.